專(zhuān)利名稱(chēng)：具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于無(wú)
機(jī)非金屬納米材料領(lǐng)域，也屬于物理、化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米粒子/聚合物復(fù)合材料已成為材料科學(xué)極富吸引力的領(lǐng)域。由于納米顆粒 的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)以及高吸氣性，低密度等特點(diǎn)， 從而使納米粒子/聚合物復(fù)合材料出現(xiàn)許多不同于常規(guī)聚合物材料的性質(zhì)如光催化性、磁 性、導(dǎo)電性、屏蔽紫外線(xiàn)、抗菌等性質(zhì)。 納米二氧化鈦是一種多相半導(dǎo)體光催化劑，無(wú)毒，并有著優(yōu)異的光催化性能，穩(wěn)定 性，氧化能力，在光化學(xué)和環(huán)境科學(xué)方面有著廣泛的應(yīng)用。納米Ti02活性高、耐熱性和耐腐 蝕性良好，可作為性能優(yōu)良的催化劑、催化劑載體和吸附劑。納米1102由于它特殊的電子 結(jié)構(gòu)，因而能完全或部分分解各類(lèi)有機(jī)物，使其最終生成C02和H20。納米Ti02其優(yōu)異的光 催化性能，使其在污水處理，抗菌除毒等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 納米二氧化鈦一般為白色粉末狀，在光降解催化等使用過(guò)程中具有不易回收，再 次使用不方便的缺點(diǎn)，而納米二氧化鈦/再生纖維素膜中纖維素為納米二氧化鈦提供了一 個(gè)很好的支撐基底，有利于納米二氧化鈦/再生纖維素膜的重復(fù)使用。二氧化鈦薄膜中的 二氧化鈦顆粒的粒徑為納米級(jí)，具有良好的光電和光催化性能，應(yīng)用更為廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng) 用，該方法簡(jiǎn)便、污染小，不僅所需原料價(jià)格低廉，而且制備納米二氧化鈦/再生纖維素復(fù) 合膜及二氧化鈦薄膜具有很好抗紫外的性能，良好的紫外光催化降解有機(jī)污染物的性質(zhì)。
本發(fā)明的納米二氧化鈦/再生纖維素膜復(fù)合材料可用于化工、食品、醫(yī)用、環(huán)保等 領(lǐng)域中的抗菌、紫外吸收及包裝材料；良好的紫外光催化降解有機(jī)污染物的性質(zhì)，可用于環(huán) 保領(lǐng)域；二氧化鈦薄膜可應(yīng)用于光電和光催化領(lǐng)域。 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料。
本發(fā)明目還提供了上述具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料的制備方法，包括以下 步驟將5-50g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500mL 二氧 化鈦溶膠中，攪拌，加入體積為20-1000mL濃度為0. 1_0. 5mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng) 2-72h，于室溫下干燥得到具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料。 上述二氧化鈦溶膠由下法制得將鈦酸正丁酯加入無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢?10-60min，然后加入硝酸，充分?jǐn)嚢?0-60min得到二氧化鈦溶膠。
上述二氧化鈦、硝酸和鈦酸正丁酯的用量體積比為i : i : 0.1-0.5。 上述硝酸的濃度為0. 5-2mol/L。 所述再生纖維素膜采用中國(guó)專(zhuān)利ZL200310111566. 3所述的方法制備將NaOH/尿素溶液預(yù)冷之后，再將纖維素加入其中后迅速攪拌使其溶解，脫泡，通過(guò)流延法制備纖維素 膜。 本發(fā)明所述的具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料可用于制備二氧化鈦薄膜。
本發(fā)明可將具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料在馬弗爐內(nèi)燒結(jié)，得到二氧化鈦薄 膜。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 1.所用的原料為再生纖維素膜，這種多羥基的高分子物質(zhì)具有易于物理和化學(xué)改 性的性質(zhì)，且纖維素膜價(jià)格低廉。 2.纖維素膜的制備采用的是無(wú)毒新溶劑，在制備過(guò)程中也不使用任何有機(jī)溶劑， 不會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染以及生態(tài)危機(jī)等問(wèn)題。 3. Ti02粒子直接在纖維素膜上原位合成，常溫反應(yīng)，條件溫和，操作方便。 4.具有光催化活性的纖維素膜復(fù)合材料具有很好抗紫外的性能，良好的抗菌性能
和紫外光催化降解有機(jī)污染物的性質(zhì)。 5.具有光催化活性的纖維素膜復(fù)合材料可以重復(fù)多次光降解有機(jī)污染物，并仍保 持良好的力學(xué)性能。 6. 二氧化鈦薄膜的合成工藝簡(jiǎn)單。 7. 二氧化鈦薄膜的晶形可控，納米二氧化鈦/再生纖維素膜復(fù)合材料在馬弗爐， 溫度400度下燒結(jié)可以得到純白的二氧化鈦薄膜，薄膜厚度為5-10微米，二氧化鈦薄膜中
的二氧化鈦粒子半徑在io納米左右，粒徑比較均一，晶形為銳鈦型，薄膜具有良好的光電
學(xué)和光催化性能。在溫度800度下燒結(jié)得到的二氧化鈦薄膜為金紅石型。在溫度600度下 燒結(jié)得到兩相共存的二氧化鈦薄膜。


附圖1為本發(fā)明所得到的纖維素復(fù)合膜的掃描電鏡圖片及XPS(X射線(xiàn)光電子能 譜)。 附圖2為本發(fā)明所得到的纖維素復(fù)合膜在馬弗爐400度下燒結(jié)得到的二氧化鈦薄 膜圖片。圖中左邊所述的條形物為所得到的纖維素復(fù)合膜，右邊所述的條形物為二氧化鈦薄膜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和應(yīng)用作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例1 將10g再生纖維素膜(采用中國(guó)專(zhuān)利ZL200310111566. 3所述的方法制備)洗凈 并在無(wú)水乙醇中浸泡30min，后置于二氧化鈦溶膠中，攪拌，滴加50mL0. 2mol/L的氫氧化鈉 溶液( 一個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)48h，將纖維素復(fù)合膜于室溫下干燥。
上述二氧化鈦溶膠由下法制得將2mL鈦酸正丁酯加入20mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌10-60min，然后加入20mL的lmol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0-60min得到二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例2 將10g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡20min，后置于二氧化鈦溶膠中，攪拌，滴加50mL0. 2mol/L的氫氧化鈉溶液( 一個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)24h，將纖維素復(fù) 合膜于室溫下干燥。如圖1所示，從制得的纖維素復(fù)合膜的掃描電鏡圖和XPS中可以看出 二氧化鈦成功在纖維素膜上成功合成。將干燥后的纖維素復(fù)合膜在馬弗爐中溫度400度燒 結(jié)得到潔白的二氧化鈦薄膜，產(chǎn)率為25.4%。如圖2所示，干態(tài)復(fù)合膜(左)，二氧化鈦薄 膜(右)。圖2說(shuō)明纖維素復(fù)合膜在馬弗爐中成功合成二氧化鈦薄膜。
上述二氧化鈦溶膠由下法制得將8mL鈦酸正丁酯加入20mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌10min，然后加入20mL的lmol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0min得到二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例3 將5g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡40min，后置于二氧化鈦溶膠中，攪 拌，滴加40mL0. 2mol/L的氫氧化鈉溶液( 一個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)48h，將纖維素復(fù) 合膜于室溫下干燥。 上述二氧化鈦溶膠由下法制得將6mL鈦酸正丁酯加入20mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌30min，然后加入20mL的0. 5mol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0min得到二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例4 將5g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡30min，后置于的二氧化鈦溶膠中， 攪拌，滴加lOOmLO. 5mol/L的氫氧化鈉溶液(兩個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)72h，將纖維素 復(fù)合膜于室溫下干燥。纖維素復(fù)合膜在馬弗爐中溫度600度燒結(jié)得到潔白的二氧化鈦薄 膜，產(chǎn)率為23.4%。 上述二氧化鈦溶膠由下法制得將6mL鈦酸正丁酯加入20mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌40min，然后加入20mL的2mol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0min得到二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例5 將20g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡30min，后置于二氧化鈦溶膠中，攪 拌，滴加50mL0. 2mol/L的氫氧化鈉溶液( 一個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)48h，將纖維素復(fù) 合膜于室溫下干燥。纖維素復(fù)合膜在馬弗爐中溫度800度燒結(jié)得到潔白的二氧化鈦薄膜， 產(chǎn)率為22. 5%。 上述二氧化鈦溶膠由下法制得將8mL鈦酸正丁酯加入40mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌60min，然后加入40mL的lmol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0min得到二氧化鈦溶膠。
實(shí)施例6 將15g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡40min，后置于二氧化鈦溶膠中，攪 拌，滴加lOOmLO. 2mol/L的氫氧化鈉溶液( 一個(gè)小時(shí)滴加完畢)，攪拌反應(yīng)72h，將纖維素復(fù) 合膜于室溫下干燥。 上述二氧化鈦溶膠由下法制得將10mL鈦酸正丁酯加入20mL無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)?拌30min，然后加入20mL的lmol/L的硝酸，充分?jǐn)嚢?0min得到二氧化鈦溶膠。
權(quán)利要求
一種具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟將5-50g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500mL二氧化鈦溶膠中，攪拌，加入體積為20-1000mL濃度為0.1-0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)2-72h，于室溫下干燥得到具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于二氧化鈦溶膠由下法制得將鈦酸正丁酯加入無(wú)水乙醇中，充分?jǐn)嚢?0-60min，然后加入硝酸，充分?jǐn)嚢?0_60min得到二氧化鈦溶 膠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于二氧化鈦、硝酸和鈦酸正丁酯的用量體積比為i:i:o. i-o. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于硝酸的濃度為0. 5-2mol/L。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所用再生纖維素膜通過(guò)以下的方 法制備將NaOH/尿素溶液預(yù)冷之后，再將纖維素加入其中后迅速攪拌使其溶解，脫泡，通 過(guò)流延法制備纖維素膜。
6. 權(quán)利要求1或2或3所述的方法制得的具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料。
7. 權(quán)利要求6所述的具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料用于制備二氧化鈦薄膜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特征在于將具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料在 馬弗爐內(nèi)燒結(jié)，得到二氧化鈦薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料及二氧化鈦薄膜的制備方法。該方法將5-50g再生纖維素膜洗凈并在無(wú)水乙醇中浸泡20-100min后，置于50-500mL二氧化鈦溶膠中，攪拌，加入體積為20-1000mL濃度為0.1-0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，攪拌反應(yīng)2-72h，于室溫下干燥得到具有光催化活性的纖維素復(fù)合材料。將所得復(fù)合材料在馬弗爐中高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化鈦薄膜。本發(fā)明利用可再生資源，成本低廉，合成工藝簡(jiǎn)單，合成過(guò)程綠色無(wú)污染，所得的纖維素復(fù)合材料具有很好抗紫外的性能，良好的紫外光催化降解有機(jī)污染物的性質(zhì)，同時(shí)保持了再生纖維素較高的力學(xué)性能；所得的二氧化鈦薄膜具有良好的光電和光催化性能。
文檔編號(hào)A62D3/176GK101745430SQ20091027327
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉石林, 張俐娜, 曾建, 蔡杰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)